Pytorch 笔记

2024-06-02 18:26:35

执行下面这段代码后，为什么返回的是 2 ？

vector = torch.tensor([7, 7])
vector.shape

为什么返回的是 torch.Size([2])？

当你创建一个PyTorch张量时，它会记住张量中元素的数量和每个维度的大小。在你的代码中，torch.tensor([7, 7])创建了一个一维张量，其中包含两个元素：7和7。因为这是一个一维张量，所以.shape属性返回一个只有一个元素的元组，该元素表示张量的长度。在这种情况下，张量的长度为2，因此返回的形状是torch.Size([2])。

tensor 的维度

TENSOR = torch.tensor([[[1, 2, 3],
                        [3, 6, 9],
                        [2, 4, 5]]])
TENSOR.ndim

返回的是 [1,3,3] , 如何判断？有三层 [ ] 括号，将每个 [ ] 括号视为列表，从最里层起，当前列表有几个并列的元素，TENSOR.ndim 返回的列表最右边的元素就是几，然后去掉最外面一层的 [ ] 括号，继续判断当前列表有几个并列的元素，TENSOR.ndim 返回的列表次右边的元素就是几，依次类推。

Scalar，Vector，Matrix，Tensor

torch.arange()

torch.arange() 返回的是 PyTorch 中的 tensor，而不是 NumPy 数组。

torch中对tensor的各种切片操作

好的，让我们使用一个三维张量来详细解释各种复杂的切片操作。我们首先创建一个形状为 $\times 3 \times 4$ 的三维张量：

import torch

# 创建一个形状为 2x3x4 的三维张量
tensor = torch.arange(24).reshape(2, 3, 4)
print("Original Tensor:")
print(tensor)

假设我们有一个如下所示的三维张量：

tensor([[[ 0,  1,  2,  3],
         [ 4,  5,  6,  7],
         [ 8,  9, 10, 11]],

        [[12, 13, 14, 15],
         [16, 17, 18, 19],
         [20, 21, 22, 23]]])

1. 选择特定的切片

选择第一个维度的第一个子张量

slice_1 = tensor[0, :, :]
print("Slice along the first dimension (index 0):")
print(slice_1)

输出：

tensor([[ 0,  1,  2,  3],
        [ 4,  5,  6,  7],
        [ 8,  9, 10, 11]])

选择第二个维度的第二个子张量

slice_2 = tensor[:, 1, :]
print("Slice along the second dimension (index 1):")
print(slice_2)

输出：

tensor([[ 4,  5,  6,  7],
        [16, 17, 18, 19]])

选择第三个维度的第三个子张量

slice_3 = tensor[:, :, 2]
print("Slice along the third dimension (index 2):")
print(slice_3)

输出：

tensor([[ 2,  6, 10],
        [14, 18, 22]])

2. 高级切片操作

选择第一个维度的第一个子张量中的第1到第2行（不包括第2行）

slice_4 = tensor[0, 0:1, :]
print("Slice along the first dimension (index 0) and rows 0 to 1:")
print(slice_4)

输出：

tensor([[0, 1, 2, 3]])

选择第二个维度的第0和第2行，并选择所有列

slice_5 = tensor[:, [0, 2], :]
print("Select rows 0 and 2 from the second dimension:")
print(slice_5)

输出：

tensor([[[ 0,  1,  2,  3],
         [ 8,  9, 10, 11]],

        [[12, 13, 14, 15],
         [20, 21, 22, 23]]])

选择第三个维度的第1和第3列

slice_6 = tensor[:, :, [1, 3]]
print("Select columns 1 and 3 from the third dimension:")
print(slice_6)

输出：

tensor([[[ 1,  3],
         [ 5,  7],
         [ 9, 11]],

        [[13, 15],
         [17, 19],
         [21, 23]]])

3. 使用布尔张量进行索引

选择大于10的元素

mask = tensor > 10
slice_7 = tensor[mask]
print("Elements greater than 10:")
print(slice_7)

输出：

tensor([11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23])

4. 使用长整型张量进行索引

选择第1和第3列的数据

indices = torch.tensor([1, 3])
slice_8 = tensor[:, :, indices]
print("Select columns indexed by [1, 3]:")
print(slice_8)

输出：

tensor([[[ 1,  3],
         [ 5,  7],
         [ 9, 11]],

        [[13, 15],
         [17, 19],
         [21, 23]]])

5. 花式索引

使用多个索引数组

rows = torch.tensor([0, 1])
cols = torch.tensor([2, 3])
slice_9 = tensor[0, rows, cols]
print("Fancy indexing with rows and cols:")
print(slice_9)

输出：

tensor([2, 7])

通过这些示例，希望你对 PyTorch 中的张量索引和切片操作有了更深入的理解。这些操作在数据预处理、特征提取和神经网络模型的实现中非常重要。

torch 中 tensor 的各种乘法

在 PyTorch 中，有多种实现张量相乘的方式，每种方式在实现上有一些差异，有些是就地操作，有些不是。以下是几种主要的实现方式：

1. 元素级相乘 (Element-wise Multiplication)

要求两个 tensor 的 shape 一致

使用 `*` 操作符

import torch

a = torch.tensor([[1, 2], [3, 4]])
b = torch.tensor([[5, 6], [7, 8]])

result = a * b
print(result)

使用 `torch.mul()`

result = torch.mul(a, b)
print(result)

就地操作

使用 mul_() 方法：

a.mul_(b)
print(a)

2. 矩阵乘法 (Matrix Multiplication)

使用 `@` 操作符 (Python 3.5+)

result = a @ b.T  # 转置 b 以使其形状匹配矩阵乘法要求
print(result)

使用 `torch.matmul()`

result = torch.matmul(a, b.T)
print(result)

使用 `torch.mm()`（仅适用于二维张量）

result = torch.mm(a, b.T)
print(result)

3. 广义点积 (Dot Product for 1D tensors)

使用 `torch.dot()`

c = torch.tensor([1, 2, 3])
d = torch.tensor([4, 5, 6])

result = torch.dot(c, d)
print(result)

4. 批量矩阵乘法 (Batch Matrix Multiplication)

使用 `torch.bmm()`

e = torch.randn(10, 3, 4)  # 形状为 (batch_size, m, n)
f = torch.randn(10, 4, 5)  # 形状为 (batch_size, n, p)

result = torch.bmm(e, f)
print(result)

5. 广播相乘 (Broadcast Multiplication)

张量会自动广播到兼容的形状。

g = torch.tensor([1, 2, 3])
h = torch.tensor([[1], [2], [3]])

result = g * h
print(result)

就地操作总结

就地操作会直接修改原始张量的值，通常以 _ 结尾：

a.mul_(b)：就地进行元素级相乘

非就地操作会创建新的张量并返回结果，而不改变输入张量的值。

这些不同的乘法操作方式在不同的应用场景中有不同的用途，根据需要选择适合的乘法方式。

广播机制规则

广播机制遵循以下规则：

如果两个 tensor 的维度数不同，那么将维度较少的 tensor 的形状前面补1，直到维度数相同。
接着，对于每个维度，如果两个 tensor 在该维度上的长度相同，或者其中一个 tensor 在该维度上的长度为1，那么这两个 tensor 在该维度上是兼容的，可以进行广播。
广播后，在长度为1的维度上，该 tensor 会被扩展以匹配另一个 tensor 在该维度上的长度。

torch.stack()

torch.stack 是 PyTorch 中用于在新维度上连接一系列张量（tensor）的函数。它可以将一组形状相同的张量沿着指定维度堆叠成一个新的张量。详细解释如下：

函数签名

torch.stack(tensors, dim=0, *, out=None)

参数

tensors (sequence of Tensors): 要堆叠的一组张量。所有张量必须具有相同的形状。
dim (int): 新维度的索引，定义堆叠的方向。默认值为0。
out (Tensor, optional): 可选参数，用于存储输出的张量。

返回值

返回一个新的张量，该张量是在指定维度上堆叠输入张量生成的。

示例

假设有三个形状相同的张量，我们可以使用 torch.stack 将它们堆叠在一起。

import torch

# 创建三个形状相同的张量
a = torch.tensor([1, 2, 3])
b = torch.tensor([4, 5, 6])
c = torch.tensor([7, 8, 9])

# 在维度0上堆叠
stacked_tensor_0 = torch.stack([a, b, c], dim=0)
print(stacked_tensor_0)
# 输出：
# tensor([[1, 2, 3],
#         [4, 5, 6],
#         [7, 8, 9]])

# 在维度1上堆叠
stacked_tensor_1 = torch.stack([a, b, c], dim=1)
print(stacked_tensor_1)
# 输出：
# tensor([[1, 4, 7],
#         [2, 5, 8],
#         [3, 6, 9]])

详细说明

当 dim=0 时，新张量的第一个维度是堆叠的张量数量，后面的维度保持不变。在上面的示例中，stacked_tensor_0 的形状为 (3, 3)。
当 dim=1 时，新张量的第二个维度是堆叠的张量数量，前面的维度保持不变。在上面的示例中，stacked_tensor_1 的形状为 (3, 3)。

注意事项

张量形状必须相同：要堆叠的所有张量必须具有相同的形状，否则会报错。
新维度的选择：指定的维度 dim 会成为新张量的一个维度，原始张量的维度会相应地向后移动。

使用 torch.stack 可以方便地将多个张量组合成一个新张量，特别是在处理批量数据时非常有用。例如，在图像处理中，可以将多张图片沿着批次维度（通常是第0维）堆叠，形成一个批量张量以便进行批处理操作。

如何理解torch.stack中的dim？

如果进行stack的若干个tensor的维度个数都是n，那么torch.stack中的参数的dim的取值范围是0到n，对吗？

上图中，

dim=0时，shape=(2,3,4) 2个3*4矩阵
dim=1时, shape=(3,2,4) 3个2*4矩阵
dim=2时，shape=(3,4,2) 3个4*2矩阵

这么理解，dim=0时，将所有要堆叠的tensor视为stack的元素，dim=1时，将所有要堆叠的tensor去掉最外层的一个[ ]括号对之后得到进行stack的元素，依此类推

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